Для начала немного контекста для лучшего понимания установленного рекорда. При охлаждении атомов до температур, близких к абсолютному нулю (-273 °C), они занимают свое самое низкое квантовое (основное) состояние. Происходит это потому, что при сверхнизких температурах тепловые движения атомов практически останавливаются. Именно в этот момент атомы ведут себя в соответствии с законами квантовой механики, описанными вероятностными и волнообразными характеристиками.
Также при сверхнизких температурах наблюдается явление конденсата Бозе — Эйнштейна, когда атомы как бы «слипаются», образуя суператом — границы между отдельными частицами практически исчезают. В обычной материи всё наоборот, атомы находятся отдельно друг от друга и никогда не соприкасаются. В конденсате Бозе — Эйнштейна атомы являются единым целым, демонстрируя коллективное, оно же волнообразное поведение. Последнее крайне важно для понимания важных процессов, происходящих на квантовом уровне, таких как сверхпроводимость, сверхизлучение
Квантовые явления — это сложно
Проведение экспериментов на квантовом уровне сопряжено с рядом сложностей, особенно в вопросе взаимодействия между частицами. Она крайне чувствительно реагирует на расстояние между собой, что усложняет проведение опытов. Однако команда Массачусетского технологического института смогла преодолеть проблемы, применив инновационное решение для сближения атомов до рекордных 50 нанометров друг от друга. Для этого специалисты использовали лазерные лучи с линзами, создав так называемые энергетические ловушки для атомов.
Использовав два отдельных луча, настроенных на разные частоты и углы поляризации, они смогли захватить две разные частицы и максимально сблизить их друг с другом. Нынешний рекорд в 50 нм оказался в 10 раз выше предыдущего результата в подобном эксперименте. Достижение открыло новый путь к изучению квантовых эффектов в подобных масштабах, так как при столь сильном сближении атомов значительно увеличивается их сила взаимодействия. Благодаря этому ученые смогли наблюдать новые квантовые эффекты.
Например, специалисты обнаружили, что атомы способны передавать тепло сквозь вакуум. Это полностью противоречит классическим представлениям о переносе тепла. Исследователи также планируют изучить взаимодействие атомных бислоев со светом. Это исследование имеет большое значение, ведь оно может открыть новые явления и открыть путь к новым технологическим приложениям. Одно из них — формирование пар Бардина-Купера-Шриффера, которые ведут себя иначе в сравнении с отдельными частицами. Подобные пары очень важны для изучения процессов сверхпроводимости, важных для сферы электроники, сенсорных технологий или передачи энергии.
Тем временем швейцарские ученые сгенерировали тепло свыше 1000 °C, используя солнце вместо топлива
